(57)【要約】【課題】  アモルファスシリコンフォトダイオードを用いた光センサー装置では、センサー素子の電流能力が小さいため、増幅器ＩＣなどの回路を外部接続し、負荷の駆動能力を高める必要があった。それによって、光センサー装置のコストおよび実装面積を増加させていた。また、プリント基板上でフォトダイオードと増幅器ＩＣを接続するため、ノイズの重畳が問題となっていた。【解決方法】  本発明は、基板上にアモルファスシリコンフォトダイオードと薄膜トランジスタで構成した増幅器を一体形成し、負荷駆動能力を向上させ、且つ、コストおよび実装面積を低減する。また、ノイズの重畳を低減することができる。【選択図】  図１
2005129909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、
前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴とした光
センサー装置。
【請求項２】
請求項１において、
光センサー素子はアモルファスシリコンを用いたセンサー素子によって構成されている
ことを特徴とした光センサー装置。
【請求項３】
請求項１において、
光センサー素子はアモルファスシリコンフォトダイオードによって構成されていること
を特徴とした光センサー装置。
【請求項４】
請求項１において、光センサー素子はポリシリコンを用いたセンサー素子によって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記光センサー素子はポリシリコンフォトダイオードによって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５において、
前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６において、
前記増幅回路は演算増幅器であることを特徴とした光センサー装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６において、
前記増幅回路はカレントミラー回路であることを特徴とした光センサー装置。
【請求項９】
光センサー素子と増幅回路と帰還抵抗を有する光センサー装置において、
前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、
前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成され、
前記帰還抵抗を前記基板外に有することを特徴とした光センサー装置。
【請求項１０】
光センサー素子と増幅回路とＩＶ変換抵抗を有する光センサー装置において、
前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、
前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成され、
前記ＩＶ変換抵抗を前記基板外に有することを特徴とした光センサー装置。
【請求項１１】
光センサー素子と増幅回路とレベルシフト回路を有する光センサー装置において、
前記増幅回路と前記レベルシフト回路は薄膜トランジスタで構成され、
前記光センサー素子と前記増幅回路と前記レベルシフト回路は基板上に一体形成される
ことを特徴とした光センサー装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記レベルシフト回路はＰチャネル型薄膜トランジスタと定電流源によって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記レベルシフト回路はＮチャネル型薄膜トランジスタと定電流源によって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至請求項１３において、
前記基板上の接続電極端子が４端子であることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記接続電極端子のうちの２端子が電源端子であることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１６】
光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成されたカレントミラー回路であり、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記カレントミラー回路を構成する薄膜トランジスタのゲートが複数から成る、マルチゲート構造によって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１８】
請求項１６において、前記カレントミラー回路がカスコード接続で構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項１９】
請求項１６において、前記カレントミラー回路がウィルソン型接続で構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２０】
請求項１６において、前記カレントミラー回路が改良ウィルソン型接続で構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２１】
請求項１６乃至請求項２０において、前記カレントミラー回路を構成する薄膜トランジスタの数、ゲート長、チャネル幅を変更することで、増幅率を選択することを特徴とした光センサー装置。
【請求項２２】
請求項１６乃至請求項２１のいずれか一項に記載の光センサー装置において、前記カレントミラー回路がＮチャネル型薄膜トランジスタによって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２３】
請求項１６乃至請求項２１のいずれか一項に記載の光センサー装置において、前記カレントミラー回路がＰチャネル型薄膜トランジスタによって構成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２４】
請求項１６において、前記基板上の接続電極端子が２端子であることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２５】
請求項１乃至請求項２４のいずれか一項に記載の光センサー装置において、前記光センサー素子および、前記増幅回路はプラスチック基板上に一体形成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２６】
請求項１乃至請求項２４のいずれか一項に記載の光センサー装置において、前記光センサー素子および、前記増幅回路はガラス基板上に一体形成されていることを特徴とした光センサー装置。
【請求項２７】
請求項１乃至請求項２６のいずれか一項に記載の光センサー装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサー装置に関し、特に薄膜半導体素子で構成された光センサー装置に関する。また、光センサー装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信技術の進歩に伴って、携帯電話が普及している。今後は更に動画の伝送やより多くの情報伝達が予想される。一方、パーソナルコンピュータもその軽量化によって、モバイル対応の製品が生産されている。電子手帳に始まったＰＤＡと呼ばれる情報端末も多数生産され普及しつつある。また、表示装置の発展により、それらの携帯情報機器のほとんどにはフラットパネルディスプレイが装備されている。
【０００３】
このような表示装置では表示装置の周囲の明るさを検出し、その表示輝度を調整することが行なわれている。このように周囲の明るさを検出し、適度な表示輝度を得ることによって、無駄な電力を減らすことが可能である。例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータにそのような輝度調整用の光センサー装置が用いられている。（例えば特許文献１）
【０００４】
また、プロジェクタを用いた表示装置においては、光センサー装置を用いて、そのコンバージェンス調整を行なっている。コンバージェンス調整とはＲＧＢの各色の映像がずれを生じないように、映像を調整することである。光センサーを用いて、各色の映像の位置を検出して、正しい位置に映像を配置している。（例えば特許文献２）
【０００５】
ここで用いられる光センサー装置は、アモルファスシリコンフォトダイオードを用いたものが使用されている。アモルファスシリコンフォトダイオードは、単結晶シリコンフォトダイオードに比較して、長波長側、すなわち赤外領域の感度が低いという特徴がある。図１３にアモルファスシリコンフォトダイオードと単結晶シリコンフォトダイオードの感度特性の図を示す。アモルファスシリコンフォトダイオードでは、人間の視覚感度と同じように、可視光領域以外では感度が低くなるような特性を持っている。一方、単結晶シリコンフォトダイオードは赤外領域でも感度があるため、赤外光がある場合、視覚感度と異なる反応をしてしまうという問題がある。したがって、アモルファスシリコンフォトダイオードを用いた光センサー装置がこのような場合には適している。
【０００６】
前述したようなアモルファスシリコンフォトダイオードで構成した光センサー装置には以下のような課題があった。アモルファスシリコンフォトダイオードは前述したように光感度が人間の視覚感度に近いと言う長所がある反面、その出力電流が単結晶シリコンフォトダイオードに比べて小さいという問題があった。したがって、アモルファスシリコンフォトダイオードでは、直接ほかの回路を動かすことが困難であり、図５に示すようにアモルファスフォトダイオード５０２と外部増幅回路５０１、帰還抵抗５０３とを組み合わせて、光センサー装置を構成し、アモルファスフォトダイオード５０２の出力電流を帰還抵抗５０３で電圧に変換し、出力端子５０４から電圧出力として、取り出していた。
【特許文献１】特開２００３−６０７４４
【特許文献２】特開２００３−４７０１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したような従来の光センサー装置では、アモルファスフォトダイオード５０２と外部増幅回路５０１、帰還抵抗５０３とを組み合わせていたため、コストが高い、実装面積が大きいなどの問題点があった。また、アモルファスフォトダイオード５０２の出力がプリント基板上において、外部増幅回路５０１と接続されているため、ノイズが重畳しやすいなどの問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような問題を解決するため、本発明者らは光センサー素子と薄膜トランジスタによる増幅回路を一体形成することを考えた。アモルファスシリコンを用いた光センサー素子（アモルファスシリコンフォトダイオードなど）は通常絶縁基板上に形成される。同様に薄膜トランジスタもまた通常絶縁基板上に形成されるのであるから、両者は共通点が多い。本発明の光センサー装置は光センサー素子と薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）で構成した増幅回路を基板上に一体形成することによって、コストを低減し、実装面積を削減することを可能としている。また、光センサー素子と増幅回路が直接、センサー基板上で接続されているため、ノイズが重畳しにくいという特徴を有している。
また、アモルファスシリコンのみでなく、ポリシリコンを用いたセンサー素子、たとえばポリシリコンフォトダイオードなどにも本発明は適応できる。
【０００９】
以下に本発明の構成を示す。
【００１０】
本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明は上記において、光センサー素子はアモルファスシリコンを用いたセンサー素子によって構成されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明は上記において、光センサー素子はアモルファスシリコンフォトダイオードによって構成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明は上記において、光センサー素子はポリシリコンを用いたセンサー素子によって構成されていることを特徴としている。
【００１４】
本発明は上記において、光センサー素子はポリシリコンフォトダイオードによって構成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成され、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明は光センサー素子と増幅回路と帰還抵抗を有する光センサー装置において、前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成され、前記帰還抵抗を前記基板外に有することを特徴としている。
【００１８】
本発明は光センサー素子と増幅回路とＩＶ変換抵抗を有する光センサー装置において、前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成され、前記ＩＶ変換抵抗を前記基板外に有することを特徴としている。
【００１９】
本発明は光センサー素子と増幅回路とレベルシフト回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路と前記レベルシフト回路は薄膜トランジスタで構成され、前記光センサー素子と前記増幅回路と前記レベルシフト回路は基板上に一体形成されることを特徴としている。
【００２０】
本発明は上記において、前記レベルシフト回路はＰチャネル型ＴＦＴと定電流源によって構成されていることを特徴としている。
【００２１】
本発明は上記において、前記レベルシフト回路はＮチャネル型ＴＦＴと定電流源によって構成されていることを特徴としている。
【００２２】
本発明は上記において、前記基板上の接続電極端子が４端子であることを特徴としている。
【００２３】
本発明は上記において、前記基板上の接続電極端子が４端子であり、そのうちの２端子が電源端子であることを特徴としている。
【００２４】
本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成されたカレントミラー回路であり、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴としている。
【００２５】
本発明は上記において、カレントミラー回路を構成するＴＦＴのゲートが複数から成る、マルチゲート構造によって構成されることを特徴としている。
【００２６】
本発明は上記において、カレントミラー回路がカスコード接続で構成されていることを特徴としている。
【００２７】
本発明は上記において、カレントミラー回路がウィルソン型接続で構成されていることを特徴としている。
【００２８】
本発明は上記において、カレントミラー回路が改良ウィルソン型接続で構成されていることを特徴としている。
【００２９】
本発明は上記において、カレントミラー回路を構成するＴＦＴの数、ゲート長Ｌ、チャネル幅Ｗを任意に変更することで、増幅率を選択することができることを特徴としている。
【００３０】
本発明は上記において、前記カレントミラー回路がＮチャネル型ＴＦＴによって構成されていることを特徴としている。
【００３１】
本発明は上記において、前記カレントミラー回路がＰチャネル型ＴＦＴによって構成されていることを特徴としている。
【００３２】
本発明は上記において、前記基板上の接続電気電極が２端子であることを特徴としている。
【００３３】
本発明は上記において、
前記光センサー素子および前記増幅回路はプラスチック基板上に一体形成されていることを特徴としている。
【００３４】
本発明は上記において、
前記光センサー素子および前記増幅回路はガラス基板上に一体形成されていることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、上記の光センサー装置を備える電子機器である。
【発明の効果】
【００３６】
前述したように、本発明の光センサー装置では、フォトダイオードと、ＴＦＴを用いて構成された増幅回路をセンサー基板上に一体形成することによって、コスト、実装面積を削減することができ、ノイズの重畳を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３８】
また、本発明の実施の形態において、フォトダイオードに逆電圧（逆バイアスともいう）を印加して駆動する例を示す。このため、第２の電極から第１の電極へ電圧を印加する。また、第１の電極は、フォトダイオードのアモルファスシリコン層内のｐ層側に接する電極であり、第２の電極は、フォトダイオードのアモルファスシリコン層内のｎ層側に接する電極である。
【００３９】
（実施形態１）
図１に本発明の第１の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路１０１、フォトダイオード１０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路１０１の非反転入力端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。外部電源ＶＢＢは増幅回路１０１の高電位側電源ＶＤＤと低電位側電源ＶＳＳの間の電位を有している。フォトダイオード１０２の第１の電極は外部電源ＶＢＢに接続され、第２の電極は増幅回路１０１の反転入力端子、および帰還抵抗１０３の第１の端子に接続されている。また、帰還抵抗１０３の第２の端子は増幅回路１０１の出力端子１０４に接続されている。ここで、帰還抵抗１０３は増幅回路１０１の出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には帰還抵抗１０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００４０】
フォトダイオード１０２に光が入力されると、フォトダイオード１０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路１０１の出力端子１０４から帰還抵抗１０３に電流が流れ、帰還抵抗１０３の両端に電圧が発生する。
本実施形態では増幅回路１０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子１０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
【００４１】
また、フォトダイオードの向きを図１に示すものと逆に接続したものを図７に示す。図７の光センサー回路は増幅回路７０１、フォトダイオード７０２、帰還抵抗７０３によって構成され、フォトダイオード７０２の第１の電極が増幅回路７０１の反転入力端子と帰還抵抗７０３に接続され、第２の電極が外部電源ＶＢＢと増幅回路７０１の非反転入力端子に接続される。そして、電流は外部電源ＶＢＢからフォトダイオード７０２、帰還抵抗７０３を介して、増幅回路７０１の出力端子７０４に流れる。このようにフォトダイオードの向きはどちらも可能である。
本実施形態では、増幅回路１０１、７０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路１０１、７０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００４２】
（実施形態２）
図２に本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路２０１、フォトダイオード２０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２０１の非反転入力端子はＩＶ変換抵抗２０３の第１の端子とフォトダイオード２０２の第２の電極に接続されている。また増幅回路２０１の出力端子２０４は反転入力端子に接続され、増幅回路２０１はボルテージフォロワとして機能する。また、フォトダイオード２０２の第１の電極は外部電源ＶＢＢ２に接続されている。ＩＶ変換抵抗２０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢ１に接続されている。ここで、ＩＶ変換抵抗２０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗２０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００４３】
フォトダイオード２０２に光が入力されると、外部電源ＶＢＢ１より、ＩＶ変換抵抗２０３を介して、フォトダイオード２０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗２０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード２０２に電流が流れない場合には、出力端子２０４にはＶＢＢ１と同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード２０２に電流が流れるとその電流量に比例して、出力端子２０４の電位は低下する。
本実施形態では増幅回路２０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子２０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
【００４４】
また、フォトダイオードの向きを図２に示すものと逆に接続したものを図８に示す。図８の光センサー回路は増幅回路８０１、フォトダイオード８０２、ＩＶ変換抵抗８０３によって構成され、フォトダイオード８０２の第１の電極が増幅回路８０１の非反転入力端子とＩＶ変換抵抗８０３に接続され、第２の電極が外部電源ＶＢＢ２に接続される。そして、電流は外部電源ＶＢＢ２からフォトダイオード８０２、ＩＶ変換抵抗８０３を介して、外部電源ＶＢＢ１に流れる。このようにフォトダイオードの向きはどちらも可能である。
本実施形態では、増幅回路２０１、８０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路２０１、８０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００４５】
（実施形態３）
図３に本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路３０１、フォトダイオード３０２、レベルシフト回路３０５、３０６をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。レベルシフト回路３０５の入力は低電位側電源ＶＳＳに接続され、その出力は増幅回路３０１の非反転入力端子に接続されている。レベルシフト回路３０６の入力はフォトダイオード３０２の第２の電極および帰還抵抗３０３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路３０１の反転入力端子に接続されている。また、帰還抵抗３０３の第２の端子は増幅回路３０１の出力端子３０４に接続されている。フォトダイオード３０２の第１の電極は低電位側電源ＶＳＳに接続される。ここで、帰還抵抗３０３は増幅回路３０１の出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には帰還抵抗３０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００４６】
フォトダイオード３０２に光が入力されると、フォトダイオード３０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路３０１の出力端子から帰還抵抗３０３に電流が流れ、帰還抵抗３０３の両端に電圧が発生する。
本実施形態では増幅回路３０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子３０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
【００４７】
このようなレベルシフト回路を用いることの利点は以下のようなものがある。一体型センサーチップ６００の外形図を図６に示す。図６（Ａ）に示すように、チップ６００の上面にはフォトダイオード部６０１と増幅回路部６０２が形成される。また図６（Ｂ）の側面図、図６（Ｃ）の下面図に示すように、チップの基板６０３およびＴＦＴ形成領域６０４の下面には接続電極端子６０５が形成される。このようなセンサーチップではチップ上の４点で接続電極端子を構成し、プリント基板などの上に実装をおこなうのが、強度的に望ましい。ところが前述した第１の実施形態では端子の数が５端子となるため、これを満たさない。
【００４８】
また、第１の実施形態では、高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳのほかにＶＢＢという電源が必要となる。よって、レベルシフタを用いることによって、図３に示すように電源数を削減することが可能となる。
本実施形態では、増幅回路３０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路３０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００４９】
（実施形態４）
図４に本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路４０１、フォトダイオード４０２、レベルシフト回路４０５、４０６をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。レベルシフト回路４０５の入力はＩＶ変換抵抗４０３の第１の端子とフォトダイオード４０２の第２の電極に接続され、その出力は増幅回路４０１の非反転入力端子に接続されている。レベルシフト回路４０６の入力は出力端子４０４に接続され、その出力は増幅回路４０１の反転入力端子に接続されている、そして増幅回路４０１はボルテージフォロワとして機能する。また、フォトダイオード４０２の第１の電極は増幅回路４０１の低電位側電源ＶＳＳに接続されている。ＩＶ変換抵抗４０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。ここで、ＩＶ変換抵抗４０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗４０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００５０】
フォトダイオード４０２に光が入力されると、フォトダイオード４０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗４０３に電流が流れ、ＩＶ変換抵抗４０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード４０２に電流が流れない場合には、出力端子４０４にはＶＢＢと同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード４０２に電流が流れるとその電流量に比例して、出力端子４０４の電位は低下する。
本実施形態では増幅回路４０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子４０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
【００５１】
このようなレベルシフト回路を用いることの利点は以下のようなものがある。一体型センサーチップの外形図を図６に示す。図６（Ａ）に示すように、チップの上面にはフォトダイオード部６０１と増幅回路部６０２が形成される。また図６（Ｂ）の側面図、図６（Ｃ）の下面図に示すように、チップの下面には接続電極６０５が形成される。このようなセンサーチップではチップ上の４点で接続電極端子を構成し、プリント基板などの上に実装をおこなうのが、強度的に望ましい。ところが前述した第２の実施形態では端子の数が５端子となるため、これを満たさない。
【００５２】
また、第２の実施形態では、高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳ、外部電源ＶＢＢ１のほかにＶＢＢ２という電源が必要となる。よって、レベルシフタを用いることによって、図４に示すように電源数を削減することが可能となる。
本実施形態では、増幅回路４０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路４０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００５３】
（実施形態５）
図１９に本発明の第５の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路１９０１、フォトダイオード１９０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路１９０１のＴＦＴのソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子１９０４に接続されている。増幅回路１９０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード１９０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子１９０４と接続されている。
【００５４】
フォトダイオード１９０２に光が入力されると、フォトダイオード１９０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路１９０１のＸ側ＴＦＴに電流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において、ＴＦＴＸ側、Ｙ側両方のゲート電圧が等しいため同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ数：Ｙ側ＴＦＴ数  =  １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
【００５５】
また、図１９（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであるが、Ｐチャネル型ＴＦＴを用いたものを図１９（Ｂ）に示す。図１９（Ｂ）の光センサー回路は増幅回路１９０１、フォトダイオード１９０２によって構成され、増幅回路１９０１のＹ側ＴＦＴのドレイン領域は外部電源ＧＮＤに接続され、ソース領域は出力端子１９０４に接続されている。増幅回路１９０１のＸ側ＴＦＴのドレイン領域はフォトダイオード１９０２の第２の電極と接続し、フォトダイオード１９０２の第１の電極はＧＮＤと接続されている。本実施形態では、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００５６】
（実施形態６）
図２０に本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路２００１、フォトダイオード２００２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２００１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配置されソース領域とドレイン領域が接続され、そのゲートは共通接続され、マルチゲート構造となっている。そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴ高電圧側の段のドレイン領域は出力端子２００４に接続されている。増幅回路２００１のＸ側ＴＦＴ高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２００２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２００４と接続されている。
【００５７】
フォトダイオード２００２に光が入力されると、フォトダイオード２００２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２００１のＸ側ＴＦＴに電流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｘ側、Ｙ側両方のＴＦＴにかかるゲート電圧が等しいので、Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦＴ並列接続数  =  １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２００１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。
【００５８】
図２０（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２０（Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００５９】
（実施形態７）
図２１に本発明の第７の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路２１０１、フォトダイオード２１０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２１０１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配置されソース領域とドレイン領域が接続され、そのゲートの接続はＸ側ＴＦＴはダイオード接続で、それぞれが直列に接続された構造、Ｙ側ＴＦＴは向かいのＸ側ＴＦＴのゲートと接続されている。そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴ高電圧側の段のドレイン領域は出力端子２１０４に接続されている。増幅回路２１０１のＸ側ＴＦＴ高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２１０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２１０４と接続されている。
【００６０】
フォトダイオード２１０２に光が入力されると、フォトダイオード２１０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２１０１のＸ側ＴＦＴに電流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧が各ゲートに発生する。
Ｘ側、Ｙ側両方のＴＦＴにかかるゲート電圧は対応する各段で等しいのため、Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦＴ並列接続数  =  １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２１０１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。
【００６１】
図２１（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２１（Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００６２】
（実施形態８）
図２２に本発明の第８の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路２２０１、フォトダイオード２２０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２２０１内のＴＦＴはウィルソン型カレントミラー回路接続で、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２２０４に接続されている。増幅回路２２０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２２０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２２０４と接続されている。
【００６３】
フォトダイオード２２０２に光が入力されると、フォトダイオード２２０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２２０１のＸ側ＴＦＴに電流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧が各ゲートに発生する。ウィルソン型カレントミラー回路は、Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦＴ並列接続数  =  １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２２０１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。
【００６４】
図２２（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２２（Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【００６５】
（実施形態９）
図２３に本発明の第９の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路２３０１、フォトダイオード２３０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２３０１内のＴＦＴは改良ウィルソン型カレントミラー回路接続である。図２２に示したウィルソン型カレントミラー回路との違いは、Ｘ側とＹ側のＴＦＴの数を同じにすることで、対応する各ＴＦＴにかかるソース−ドレイン間電圧を同じにし、このことによりＴＦＴが有限の出力抵抗であっても、Ｘ側、Ｙ側に両側に流れる電流が等しくなることである。上記、増幅回路２３０１の低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２３０４に接続されている。増幅回路２３０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２３０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２３０４と接続されている。
【００６６】
フォトダイオード２３０２に光が入力されると、フォトダイオード２３０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２３０１のＸ側ＴＦＴに電流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧が各ゲートに発生する。
Ｘ側、Ｙ側両方のＴＦＴにかかるゲート電圧は対応する各段で等しいため、Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦＴ並列接続数  =  １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２３０１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。
【００６７】
図２３（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２３（Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例１】
【００６８】
図９に本発明の第１の実施例を示す。本実施例はレベルシフト回路を用いた実施形態３を具体化したものである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路９０１、フォトダイオード９０２、Ｐチャネル型ＴＦＴ９０５、９０６、定電流源９０７、９０８によって構成された２組のレベルシフト回路をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。Ｐチャネル型ＴＦＴ９０５、定電流源９０７によって構成されるレベルシフト回路の入力は低電位側電源ＶＳＳに接続され、その出力は増幅回路９０１の非反転入力端子に接続されている。Ｐチャネル型ＴＦＴ９０６、定電流源９０８によって構成されるレベルシフト回路の入力はフォトダイオード９０２の第２の電極と帰還抵抗９０３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路９０１の反転入力端子に接続される。フォトダイオード９０２の第１の電極は低電位側電源ＶＳＳに接続される。また、帰還抵抗９０３の第２の端子は増幅回路９０１の出力端子９０４に接続されている。ここで、帰還抵抗９０３は増幅回路９０１の出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には帰還抵抗９０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００６９】
フォトダイオード９０２に光が入力されると、フォトダイオードの第２の電極９０２から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路９０１の出力端子９０４から帰還抵抗９０３に電流が流れ、帰還抵抗９０３の両端に電圧が発生する。
本実施例では増幅回路９０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子９０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳ、増幅回路９０１出力端子９０４、帰還抵抗９０３−フォトダイオード９０２接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。また、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路９０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路９０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例２】
【００７０】
図１０に本発明の第２の実施例を示す。本実施例はレベルシフト回路を用いた実施形態３を具体化したものである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路１００１、フォトダイオード１００２、Ｎチャネル型ＴＦＴ１００５、１００６、定電流源１００７、１００８によって構成された２組のレベルシフト回路をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。Ｎチャネル型ＴＦＴ１００５、定電流源１００７によって構成されるレベルシフト回路の入力は高電位側電源ＶＤＤに接続され、その出力は増幅回路１００１の非反転入力端子に接続されている。Ｎチャネル型ＴＦＴ１００６、定電流源１００８によって構成されるレベルシフト回路の入力はフォトダイオード１００２の第１の電極と帰還抵抗１００３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路１００１の反転入力端子に接続される。フォトダイオード１００２の第２の電極は高電位側電源ＶＤＤに接続される。また、帰還抵抗１００３の第２の端子は増幅回路１００１の出力端子１００４に接続されている。ここで、帰還抵抗１００３は増幅回路１００１の出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には帰還抵抗１００３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００７１】
フォトダイオード１００２に光が入力されると、フォトダイオード１００２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、帰還抵抗１００３を介して、増幅回路１００１の出力端子１００４に電流が流れ、帰還抵抗１００３の両端に電圧が発生する。
本実施例では増幅回路１００１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子１００４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳ、増幅回路１００１出力端子１００４、帰還抵抗１００３−フォトダイオード１００２接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。また、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路１００１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路１００１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例３】
【００７２】
図１１に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は前述した実施形態４を具体化したものである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路１１０１、フォトダイオード１１０２、ＴＦＴ１１０５、１１０６、定電流源１１０７、１１０８によって構成される２組のレベルシフト回路のセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。Ｐチャネル型ＴＦＴ１１０５と定電流源１１０７によって構成されるレベルシフト回路に入力は、フォトダイオード１１０２の第１の電極とＩＶ変換抵抗１１０３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路１１０１の非反転入力端子に接続される。Ｐチャネル型ＴＦＴ１１０６と定電流源１１０８によって構成されるレベルシフト回路の入力は増幅回路１１０１の出力端子１１０４に接続され、その出力は増幅回路１１０１の反転入力端子に接続される。ここで増幅回路１１０１はボルテージフォロワとして機能する。また、フォトダイオード１１０２の第２の電極は高電位側電源ＶＤＤに接続されている。ＩＶ変換抵抗１１０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。ここで、ＩＶ変換抵抗１１０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗１１０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００７３】
フォトダイオード１１０２に光が入力されると、フォトダイオード１１０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗１１０３に電流が流れ、ＩＶ変換抵抗１１０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード１１０２に電流が流れない場合には、出力端子１１０４にはＶＢＢと同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード１１０２に電流が流れるとその電流量に比例して、出力端子１１０４の電位は上昇する。
本実施例では増幅回路１１０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子１１０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳ、増幅回路１１０１出力端子１１０４、ＩＶ変換抵抗１１０３−フォトダイオード１１０２接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。また、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路１１０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路１１０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例４】
【００７４】
図１２に本発明の第４の実施例を示す。本実施例は前述した実施形態４を具体化したものである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路１２０１、フォトダイオード１２０２、ＴＦＴ１２０５、１２０６、定電流源１２０７、１２０８によって構成される２組のレベルシフト回路をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。Ｎチャネル型ＴＦＴ１２０５と定電流源１２０７によって構成されるレベルシフト回路の入力は、フォトダイオード１２０２の第２の電極とＩＶ変換抵抗１２０３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路１２０１の非反転入力端子に接続される。Ｎチャネル型ＴＦＴ１２０６と定電流源１２０８によって構成されるレベルシフト回路の入力は増幅回路１２０１の出力端子１２０４に接続され、その出力は増幅回路１２０１の反転入力端子に接続される。ここで増幅回路１２０１はボルテージフォロワとして機能する。また、フォトダイオード１２０２の第１の電極は低電位側電源ＶＳＳに接続されている。ＩＶ変換抵抗１２０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。ここで、ＩＶ変換抵抗１２０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗１２０３をセンサー基板上に形成することも可能である。
【００７５】
フォトダイオード１２０２に光が入力されると、フォトダイオード１２０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗１２０３に電流が流れ、ＩＶ変換抵抗１２０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード１２０２に電流が流れない場合には、出力端子１２０４にはＶＢＢと同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード１２０２に電流が流れるとその電流量に比例して、出力端子１２０４の電位は低下する。
本実施例では増幅回路１２０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子１２０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳ、増幅回路１２０１出力端子１２０４、ＩＶ変換抵抗１２０３−フォトダイオード１２０２接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。また、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路１２０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなっているが、増幅回路１２０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例５】
【００７６】
図１４は薄膜半導体素子、特にＴＦＴを用いて、増幅回路とくに演算増幅器（以下オペアンプ）回路を作成した場合の等価回路図である。このオペアンプは、ＴＦＴ１４０１、ＴＦＴ１４０２で構成される差動回路、ＴＦＴ１４０３、ＴＦＴ１４０４で構成されるカレントミラー回路、ＴＦＴ１４０５、ＴＦＴ１４０９で構成される定電流源、ＴＦＴ１４０６で構成されるソース接地回路、ＴＦＴ１４０７、ＴＦＴ１４０８で構成されるアイドリング回路、ＴＦＴ１４１０、ＴＦＴ１４１１で構成されるソースフォロワ回路、位相補償コンデンサ１４１２より成り立っている。
【００７７】
以下に、図１４のオペアンプ回路の動作を説明する。非反転入力端子に＋信号が入力されると、差動回路を構成するＴＦＴ１４０１、１４０２のソースにはＴＦＴ１４０５で構成される定電流源が接続されているため、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ１４０２のドレイン電流より大きくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４０４とＴＦＴ１４０３がカレントミラー回路を構成するため、ＴＦＴ１４０２のドレイン電流と同じになり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は低下する方向に変化する。ＴＦＴ１４０６はＰチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が下がると、ＴＦＴ１４０６はよりオンする方向に動作し、ドレイン電流が増加する。よって、ＴＦＴ１４１０のゲート電位は上昇し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわち、出力端子の電位も上昇する。
【００７８】
また、非反転入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ１４０２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は上昇する方向に変化する。ＴＦＴ１４０６はＰチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が上がると、ＴＦＴ１４０６はオフする方向に動作し、ドレイン電流が減少する。よって、ＴＦＴ１４１０のゲート電位は低下し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわち、出力端子の電位も低下する。このように非反転入力端子の信号と同相の信号が、出力端子より出力される。
【００７９】
反転入力端子に＋信号が入力されると、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ１４０２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１の差電流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は上昇する方向に変化する。ＴＦＴ１４０６はＰチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が上がると、ＴＦＴ１４０６はオフする方向に動作し、ドレイン電流が減少する。よって、ＴＦＴ１４１０のゲート電位は低下し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわち、出力端子の電位も低下する。
【００８０】
また、反転入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ１４０２のドレイン電流より大きくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は低下する方向に変化する。ＴＦＴ１４０６はＰチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が下がると、ＴＦＴ１４０６はよりオンする方向に動作し、ドレイン電流が増加する。よって、ＴＦＴ１４１０のゲート電位は上昇し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわち、出力端子の電位も上昇する。このようにして、反転入力端子の信号と逆相の信号が出力端子より出力される。
【００８１】
この例では、差動回路をＮチャネル型ＴＦＴ、カレントミラー回路をＰチャネル型ＴＦＴで作成しているが、本発明では、それには限定されず逆であっても良い。また、回路形式もこのような回路形式には限定されることはなく、増幅回路としての機能を満たすものであれば使用可能である。
また、本実施例は前述した実施形態、実施例と組み合わせて使用することが可能である。
【実施例６】
【００８２】
以下に本発明の光センサー装置の構造の一例について説明する。図１７はフォトダイオードと増幅回路が一体形成されている光センサー装置を示しており、プリント基板等に実装する時に貼り付ける面方向から見た図である。
【００８３】
基板１７０１上に増幅回路１７０２及びフォトダイオード１７０３が形成され、その上部に接続電極端子１７０４が形成されている。接続電極端子１７０４はコンタクトホール１７０５を介して増幅回路１７０２及びフォトダイオード１７０３と接続されている。
【００８４】
増幅回路１７０２とフォトダイオード１７０３が接続されている部分１７０６の拡大図を線で示している。ＴＦＴ１７０７はソース又はドレイン領域１７０８、１７０９及びチャネル形成領域（ここでは図示しない）及びソース又はドレイン電極１７１０、１７１１及びゲート電極１７１２で構成されている。
【００８５】
ゲート電極１７１２上には層間絶縁膜（ここでは図示しない）が形成され、その上部の配線１７１３はコンタクトホール１７１４を介してゲート電極１７１２と接続されている。そして配線１７１３上にフォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５が形成されている。
【００８６】
次に、フォトダイオードと増幅回路が一体形成されている光センサー装置の断面図１８（Ａ）を用いて増幅回路１７０２のＴＦＴ１７０７とフォトダイオード１７０３が電気的に接続されている様子をより詳しく説明する。図１８（Ａ）は図１７の線Ａ−Ａ’の断面図であり図１７と共通する部分は共通の符号を用いている。基板１７０１上に接して下地絶縁膜１８０１が形成され、下地絶縁膜１８０１上にはＴＦＴ１７０７及びフォトダイオード１７０３が形成されている。
【００８７】
半導体層１８０２はチャネル形成領域である。このチャネル形成領域の紙面表及び裏側にソース又はドレイン領域１７０８、１７０９が形成されている。半導体層１８０２上にはゲート絶縁膜１８０３を介してゲート電極１７１２が形成され、その上部に第１層間絶縁膜１８０４及び第２層間絶縁膜１８０５が形成されている。
【００８８】
ＴＦＴ１７０７のゲート電極１７１２はコンタクトホール１７１４を介して配線１７１３によりフォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５と接続されている。
【００８９】
フォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５に接するようにＰ型半導体層１８０６が形成され、その上に光電変換層１８０７、Ｎ型半導体層１８０８が積層され、さらにＮチャネル型半導体層１８０８上にフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９が形成されている。そしてフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９上には第３の層間絶縁膜１８１０が形成され、フォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９はコンタクトホール１７０５を介して接続電極端子１７０４と接続されている。
【００９０】
フォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５としてはＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）等のように透光性かつ導電性を有する物質を用いることで、フォトダイオード１７０３に入射する光を遮断しないようにすることができる。そしてフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９としては、Ｔｉのように光を反射する物質を用いることでＰ型半導体層１８０６から入射した光のうち、光電変換層１８０７で光が吸収されずに光電変換層１８０７及びＮ型半導体層１８０８を通過した光を反射させることで、再び光電変換層１８０７で反射光を吸収させることができる。Ｐ型半導体層１８０６としてはＰ型の非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）又はいわゆるマイクロクリスタル半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、光電変換層１８０７としては非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、Ｎ型半導体層１８０８としてはＮ型の非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）又はいわゆるマイクロクリスタル半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）で形成することができる。
【００９１】
図１８（Ｂ）は図１７の線Ｂ−Ｂ’の断面を線Ａ−Ａ’のＡ側から見た図であり、線Ｂ−Ｂ’の断面において、第３の層間絶縁膜１８１０を透かして見た時の様子を示している。
【００９２】
ＴＦＴ１７０７は半導体層１８０２、ソース又はドレイン領域１７０８、１７０９、ソース又はドレイン電極１７１０、１７１１及びゲート電極１７１２からなり、ゲート電極１７１２が紙面裏側へ伸びコンタクトホール１７１４を介して配線１７１３によりフォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５と接続されている。そしてフォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５に接するようにＰチャネル型半導体層１８０６が形成され、その上に光電変換層１８０７、Ｎチャネル型半導体層１８０８が積層され、さらにＮチャネル型半導体層１８０８上にフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９が形成されている。そしてフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９上には第３の層間絶縁膜１８１０、接続電極端子１７０４が形成されている。接続電極端子１７０４はコンタクトホール（ここでは図示しない）を介してフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９と接続されている。
【００９３】
なお、本発明は実施例６で示した光センサー装置の構成に限定しているのではない。例えば増幅回路１７０２としてオペアンプの代わりにカレントミラー回路を備えた構成でも良い。また、光センサー素子も上記の構成に限られずポリシリコンフォトダイオードでも良く、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例７】
【００９４】
図２４（Ａ）に本発明の第７の実施例を示す。本実施例は実施形態５を具体化したものである。本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２４０１、フォトダイオード２４０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２４０１のＴＦＴのソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２４０４に接続されている。増幅回路２４０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２４０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２４０４と接続されている。
【００９５】
フォトダイオード２４０２に光が入力されると、フォトダイオード２４０２の第２の電極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２４０１のＸ側ＴＦＴに電流Ｉが流れ、その電流Ｉを流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴのゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが流れる。この結果、フォトダイオード２４０２に光電流Ｉが流れると出力端子２４０４に（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。
【００９６】
本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよい。また、図２４（Ａ）に示した回路は並列接続数をＮ倍にして増幅を行ったが、図２４（Ｂ）に示すように”チャネル幅Ｗ／ゲート長Ｌ”をＮ倍してもよい。また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例８】
【００９７】
図２５に本発明の第８の実施例を示す。本実施例は実施形態６を具体化したものである。
本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２５０１、フォトダイオード２５０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２５０１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配置されソース領域とドレイン領域が接続され、そのゲートは共通接続され、マルチゲート構造となっている。そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴの高電圧側段のドレイン領域は出力端子２５０４に接続されている。増幅回路２５０１のＸ側ＴＦＴの高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２５０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２５０４と接続されている。
【００９８】
フォトダイオード２５０２に光が入力されると、フォトダイオード２５０２の第２の電極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２５０１のＸ側ＴＦＴに電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴのゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが流れる。この結果、フォトダイオード２５０２に光電流Ｉが流れると出力端子２５０４に（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。
【００９９】
本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよい。また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例９】
【０１００】
図２６に本発明の第９の実施例を示す。本実施例は実施形態７を具体化したものである。
本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２６０１、フォトダイオード２６０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２６０１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配置されソース領域とドレイン領域が接続され、そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２６０４に接続され、高電圧側段のドレイン領域は出力端子２６０４に接続されている。増幅回路２６０１のＸ側ＴＦＴの高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２６０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２６０４と接続されている。
【０１０１】
フォトダイオード２６０２に光が入力されると、フォトダイオード２６０２の第２の電極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２６０１のＸ側ＴＦＴに電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴのゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが流れる。この結果、フォトダイオード２６０２に光電流Ｉが流れると出力端子２６０４に（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。
【０１０２】
本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよい。また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例１０】
【０１０３】
図２７に本発明の第１０の実施例を示す。本実施例は実施形態８を具体化したものである。本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２７０１、フォトダイオード２７０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２７０１内のＴＦＴはウィルソン型カレントミラー回路接続で、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２７０４に接続されている。増幅回路２７０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２７０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２７０４と接続されている。
【０１０４】
フォトダイオード２７０２に光が入力されると、フォトダイオード２７０２の第２の電極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２７０１のＸ側ＴＦＴに電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴのゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが流れる。この結果、フォトダイオード２７０２に光電流Ｉが流れると出力端子２７０４に（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。
【０１０５】
本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよい。また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例１１】
【０１０６】
図２８に本発明の第１１の実施例を示す。本実施例は実施形態９を具体化したものである。本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２８０１、フォトダイオード２８０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２８０１内のＴＦＴは改良ウィルソン型カレントミラー回路接続で、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２８０４に接続されている。増幅回路２８０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２８０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２８０４と接続されている。
【０１０７】
フォトダイオード２８０２に光が入力されると、フォトダイオード２８０２の第２の電極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２８０１のＸ側ＴＦＴに電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴのゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが流れる。この結果、フォトダイオード２８０２に光電流Ｉが流れると出力端子２８０４に（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。
【０１０８】
本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよい。また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。
【実施例１２】
【０１０９】
絶縁基板上にフォトダイオードなどの光センサー素子と、ＴＦＴを一体形成する方法については、公知の方法を使用することが可能である。具体的には特開平１１−１２５８４１、特開２００２−３０５２９６、３０５２９７などにおいて記載されている方法を用いればよい。
【実施例１３】
【０１１０】
以上のようにして構成される本発明の光センサー装置は各種電子機器の表示部の輝度調整として用いることができる。以下に、本発明の光センサー装置を組み込んだ電子機器について説明する。
【０１１１】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、ゲーム機、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）、テレビなどが挙げられる。
【０１１２】
図１６はパーソナルコンピューターであり、本体３２０１、筐体３２０２、表示部３２０３、キーボード３２０４、外部接続ポート３２０５、ポインティングマウス３２０６、光センサー部３２０７等を含む。もちろん光センサーは図の位置に設けなくても良く、例えば表示部３２０３が両面発光装置からなり、図の裏面側にも表示が出来る構成ならば、裏面にも光センサー部を設けると良い。
【０１１３】
特にパーソナルコンピューターは近年急速に普及し、用途や使用される場所が様々であることから、使用される場所により外部の明るさが変わり、パーソナルコンピューターの表示に必要とする輝度は異なる。また、持ち歩いて使用する場合にはパーソナルコンピューターはバッテリーの電源に頼ることが多く、長時間の使用を可能とするため消費電力を抑えることは課題の一つである。そこで、本発明の光センサー装置を光センサー部３２０７に用いることで、外部の明るさを検出し、外部の明るさに応じた輝度で、表示部３２０３を表示することによって、消費電力の少ないパーソナルコンピューターを構成することができる。さらに表示装置にＥＬ発光素子を用いている場合には本発明により消費電力を抑えることで、発光素子の経時的な劣化を抑制することが出来る。
【０１１４】
図１５は携帯電話であり、筐体１５０１、１５０２、表示部１５０３、音声入力部１５１０、アンテナ１５０７、操作キー１５０５、１５０９、スピーカー１５０６、ヒンジ１５０８、バッテリー１５１１、光センサー部１５０４などによって構成されている。もちろん光センサーは図の位置に設けなくても良く、例えば表示部１５０３が両面発光装置からなり、図の裏面側にも表示が出来る構成ならば、裏面にも光センサー部を設けると良い。
【０１１５】
パーソナルコンピューターと同様に近年携帯電話も急速に普及しており、様々な機能を備えた携帯電話が開発されている。その機能はゲーム、カメラ、インターネットなどであり、これらの機能は表示装置を用いて使用されることが多く、様々な場所で使用される。そのため使用される場所により外部の明るさは変わり、携帯電話の表示に必要とする輝度は異なる。また、携帯電話は、バッテリーの電源に頼ることが多く、長時間の使用を可能とするため、消費電力を抑えることは課題の一つである。そこで、本発明の光センサー装置を光センサー部１５０４に用いることで、外部の明るさを検出し、外部の明るさに応じた輝度で、表示部１５０３または操作キー１５０５、１５０９を表示することによって、消費電力の少ない携帯電話を構成することができる。さらに表示装置にＥＬ発光素子を用いている場合には本発明により消費電力を抑えることで、発光素子の経時的な劣化を抑制することが出来る。
【０１１６】
本実施例の電子機器は実施形態１〜９、実施例１〜１３のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の適用範囲は極めて広く、上記のパーソナルコンピューター、携帯電話に限定されず、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図２】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図３】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図４】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図５】従来の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図６】本発明の光センサー装置の外形を示す図。
【図７】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図８】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図９】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図１０】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図１１】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図１２】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図１３】フォトダイオードの感度特性を示す図。
【図１４】本発明に使用する増幅回路の等価回路を示す図。
【図１５】本発明の光センサー装置を応用した携帯電話を示す図。
【図１６】本発明の光センサー装置を応用したパーソナルコンピューターを示す図。
【図１７】本発明の光センサー装置の構造の一例を示す図。
【図１８】本発明の光センサー装置の断面構造の一例を示す図。
【図１９】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図２０】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図２１】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図２２】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図２３】本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。
【図２４】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図２５】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図２６】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図２７】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図２８】本発明の光センサー装置の実施例を示す図。
【図１】
2005129909.tif 000003
【図２】
2005129909.tif 000004
【図３】
2005129909.tif 000005
【図４】
2005129909.tif 000006
【図５】
2005129909.tif 000007
【図６】
2005129909.tif 000008
【図７】
2005129909.tif 000009
【図８】
2005129909.tif 000010
【図９】
2005129909.tif 000011
【図１０】
2005129909.tif 000012
【図１１】
2005129909.tif 000013
【図１２】
2005129909.tif 000014
【図１３】
2005129909.tif 000015
【図１４】
2005129909.tif 000016
【図１５】
2005129909.tif 000017
【図１６】
2005129909.tif 000018
【図１７】
2005129909.tif 000019
【図１８】
2005129909.tif 000020
【図１９】
2005129909.tif 000021
【図２０】
2005129909.tif 000022
【図２１】
2005129909.tif 000023
【図２２】
2005129909.tif 000024
【図２３】
2005129909.tif 000025
【図２４】
2005129909.tif 000026
【図２５】
2005129909.tif 000027
【図２６】
2005129909.tif 000028
【図２７】
2005129909.tif 000029
【図２８】
2005129909.tif 000030